4.3.2_小信号模型分析法
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放大电路的小信号模型分析法—共射极放大电路小信号模型
ib Rc RL vo -
2
Lec 04-3
H参数小信号等效电路
华中科技大学电信系 张林
4.3.2 小信号模型分析法
2. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路
（3）求放大电路动态指标
电压增益
b ib
根据
+ +
vi ib rbe ic β ib
vs
vi Rb
-
-
rbe e
ic c ib Rc
200
(1
)
26(mV) IE (mA)
vs -
50F ＋ T RL vo
4k －
200 (1 ) 26(mV)
IC (mA)
Ri Rb || rbe rbe 863
863
Ro Rc 4k
Av
vo vi
β ( Rc || RL ) rbe
115.87
9
Lec 04-3
华中科技大学电信系 张林
4.3.2 小信号模型分析法
2. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路
（1）利用直流通路求Q点
IBQ
VCC
VBEQ Rb
ICQ β IBQ
VCEQ VCC ICQ Rc
Rb
Cb1 +
＋
vs
－
VCC
Rc
Cb2
+
＋
T RL vo
－
共射极放大电路
利用PN结的恒压降模型或理想模型确定VBEQ， 已知。
Rb
Cb1 +
VCC
Rc
Cb2
+
＋
T RL vo
－
共射极放大电路
VCEQ VCC Rc ICQ 12V - 2k 3.2mA 5.6V
4.3.2_小信号模型分析法
rbe：几百Ω~几千Ω
Rb：几百千Ω
*
5. 求输出电阻
而对于负载而言，放大器相当于一个具有内阻的信号 源，其内阻的大小即为放大器的输出电阻。
+
Rs
+
vi
vs
Rb
-
-
令 vS = 0 vi 0
ib 0
所以 Ro = Rc
Rc RL
+ vo
-
Ro
ib 0
*
讨论：ⅰ. Ri ：当信号源有内阻RS时，实际加至放大器输入端的 输入电压为：
对于BJT双口网络，我们
iB b
c iC
已经知道输入输出特性曲线
如下：
vBE
vCE
iB=f(vBE) vCE=const
e
iC=f(vCE) iB=const 可以写成： vBE f (iB , vCE )
BJT双口网络
iC f (iB , vCE )
在小信号情况下，对上两式在静态点处取全微分得
BJT内部交流 电阻示意图
几
rbe= rbb′ + (1+ ) re
常温下
（1+ β）re是re 折算到b极回路的等效电阻
rbe
rbb
(1
)
26 mV I E (mA)
rbb 几十Ω~几百Ω
rbe 几百Ω~几千Ω
可见， rbe与β、IE有关
IE↑→ rbe↓ β↑→ rbe↑
由二极管的伏安特性可求： 见P77 (3.4.4)
④此BJT小信号模型只适用于中低频情况， 不适用于高频电路，因为没有考虑结电容的影响。
⑤H参数是在Q点处引出的，只反映了Q点附近的工作情况。 即： Q点不同， H参数不同！
模电(小信号模型分析法)
电路可能出现的问题。
3 优化设计
在设计放大电路时，小信号模型分析法可用于指导电路参数 的调整，优化电路的性能。
小信号模型分析法的优势与局限性
优势
小信号模型分析法能够简化放大电路 的分析过程，提高分析效率，对于工 程设计和科学研究具有一定的实用价 值。
局限性
小信号模型分析法是一种近似分析方 法，对于非线性问题和强信号问题可 能无法得到准确的结果，需要采用其 他更精确的分析方法。
THANKS
调频范围
调频范围是指振荡器能够输出的 频率范围，反映了振荡器的频率
可调性。
输出功率
振荡器的输出功率是指其输出的 信号强度，影响信号的传输距离
和接收质量。
04
小信号模型的参数提取
参数提取的方法
实验测量法
通过实验测量电路的性能指标，从而提取出相关参数。
仿真分析法
利用电路仿真软件对电路进行模拟，通过仿真结果提 取参数。
滤波器传递函数
滤波器传递函数描述了信号通过滤波器后的频 率响应特性。
滤波器阶数
滤波器阶数是指滤波器的系统函数中极点数量 ，决定了滤波器的性能和复杂度。
振荡器电路分析
振荡频率
振荡频率是指振荡器输出的信号 频率，是振荡器的重要参数。
相位噪声
相位噪声是衡量振荡器性能的重 要参数，表示输出信号的相位抖
动。
02
小信号模型分析法的基本原 理
线性时不变系统
线性时不变系统
在输入信号的作用下，系统的输出量随时间的变化而变化，并且该变化规律可以用一个数学表达 式来描述的系统。
线性
系统的输出量与输入量之间成正比关系，即输出量随输入量的增加或减小而增加或减小，并且成 正比。
模拟电子技术基础课件：第六讲 小信号模型分析法
H参数小信号模型
iB b
vBE e
c iC vCE
BJT双口网络
vbe= hieib+ hrevce ic= hfeib+ hoevce
ib hie vbe hrevce
ic hfeib hoe vce
BJT的H参数模型
•H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。 •H参数与静态工作点有关，在放大区基本不变。 •H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。
Rc // rbe
// rbe
RL
)
Ro = Rc
A V
rbe
( Rc // RL )
(1 )Re
Ri Rb1 // Rb2 // rbe (1 )Re
Ro Rc
# 射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性， 又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？
A V
( Rc // RL ) rbe (1 )Re
vi
rbe
ßIb
vo
Re
Ri
Ri'
Ro' Ro
rbe
200
(1
)
26( mV ) I E Q ( mA )
输出回路： Vo Ib ( Rc // RL )
输入回路： Vi Ibrbe IeRe Ibrbe Ib (1 )Re
电压 增益
AV
Vo Vi
Ib(Rc // RL ) Ib[rbe (1 )Re ]
则
Ro
VITc
rce(1
rbe
Re )
Rs Re
输出电阻 Ro Rc // Ro
当 Ro Rc 时， Ro Rc （ 一般 Ro rce Rc ）
4.3.2小信号模型分析法
i be
Ro = Rc = 4k & & & & = Vo = Vi ⋅ Vo = Ri ⋅ A & AVS V & & & Vs Vs Vi Ri + Rs
= 863 × ( −115.87 ) 863 + 500 = −73.36
Ri = Rb // rbe ≈ rbe = 863Ω
end
思考与习题
vBE
c iB b
iC
vCE e
BJT双口网络 双口网络
BJT的H参数模型 的 参数模型
3. 模型的简化
• β ib 是受控源 ，且为电流 β = hfe 记 rbe= hie 控制电流源(CCCS)。 控制电流源 。 uT = hre rce= 1/hoe • 电流方向与ib的方向是关联 则BJT的H参数模型为 的。 的 参数模型为 • µT很小，一般为 -3∼10-4 ， 很小，一般为10 • rce很大，约为100kΩ。故一 很大，约为 Ω 般可忽略它们的影响， 般可忽略它们的影响，得到 简化电路
b be be
（公式） 公式）
(2)求输入电阻 (2)求输入电阻
& Ii
& Ib
Rb Ri
I& c & I b Rc
RL V&O
V&i
& Vi Ri = = Rb // rbe & Ii
(3)求输出电阻 (3)求输出电阻
& 令 Vi = 0
所以 Ro = Rc
& Ib = 0
& β ⋅ Ib = 0
建立小信号模型的思路
当放大电路的输入信号电压很小时， 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三 极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替， 极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而 可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性 电路来处理。 电路来处理。
Ro = Rc = 4k & & & & = Vo = Vi ⋅ Vo = Ri ⋅ A & AVS V & & & Vs Vs Vi Ri + Rs
= 863 × ( −115.87 ) 863 + 500 = −73.36
Ri = Rb // rbe ≈ rbe = 863Ω
end
思考与习题
vBE
c iB b
iC
vCE e
BJT双口网络 双口网络
BJT的H参数模型 的 参数模型
3. 模型的简化
• β ib 是受控源 ，且为电流 β = hfe 记 rbe= hie 控制电流源(CCCS)。 控制电流源 。 uT = hre rce= 1/hoe • 电流方向与ib的方向是关联 则BJT的H参数模型为 的。 的 参数模型为 • µT很小，一般为 -3∼10-4 ， 很小，一般为10 • rce很大，约为100kΩ。故一 很大，约为 Ω 般可忽略它们的影响， 般可忽略它们的影响，得到 简化电路
b be be
（公式） 公式）
(2)求输入电阻 (2)求输入电阻
& Ii
& Ib
Rb Ri
I& c & I b Rc
RL V&O
V&i
& Vi Ri = = Rb // rbe & Ii
(3)求输出电阻 (3)求输出电阻
& 令 Vi = 0
所以 Ro = Rc
& Ib = 0
& β ⋅ Ib = 0
建立小信号模型的思路
当放大电路的输入信号电压很小时， 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三 极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替， 极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而 可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性 电路来处理。 电路来处理。
4.3.2 小信号模型分析法
( 2 ) 求出 rbe
rbe = rbb' VT + (1 + β )re = 200 + (1 + 40) × I EQ
+ VBE
-
26 = 200 + × 10 3 = 890Ω 37.7
二、交流分析
1. 画出交流通路和小信号等效电路（耦合电容短路，VCC=0） 画出交流通路和小信号等效电路（耦合电容短路， ）
c
（2）输出电阻 ）
vs = 0
ib = 0
Ri
Ro = RC = 4kΩ
e
Ro
（3）电压增益 ）
' − β i b ( RC // R L ) − β R L Av = vo / vi = = = −90 i b rbe rbe
例4.3.2 设图所示电路中 BJT的β = 40，rbb' = 200Ω ,V BEQ = 0.7V . VCC = 12V , Rb = 300kΩ , RC = R L = 4kΩ , 试求该电路的 Av , Ri , Ro 。 开路， 如何变化？ 若RL开路， Av 如何变化？
一、直流分析
VCC Rb RC + Rs
1 . BJT的H参数及小信号模型
作自变量， 以i B , v CE 作自变量， v BE , i C 作因变量
v BE = f 1 ( i B , v CE ) i C = f 2 ( i B , v CE )
iC
iB
+ +
电压、电流的微变关系： 电压、电流的微变关系：
dv BE ∂v BE = ∂i B
放大电路的分析方法
1、画直流通路 、
直流分析 放大 电路 分析 交流分析
rbe = rbb' VT + (1 + β )re = 200 + (1 + 40) × I EQ
+ VBE
-
26 = 200 + × 10 3 = 890Ω 37.7
二、交流分析
1. 画出交流通路和小信号等效电路（耦合电容短路，VCC=0） 画出交流通路和小信号等效电路（耦合电容短路， ）
c
（2）输出电阻 ）
vs = 0
ib = 0
Ri
Ro = RC = 4kΩ
e
Ro
（3）电压增益 ）
' − β i b ( RC // R L ) − β R L Av = vo / vi = = = −90 i b rbe rbe
例4.3.2 设图所示电路中 BJT的β = 40，rbb' = 200Ω ,V BEQ = 0.7V . VCC = 12V , Rb = 300kΩ , RC = R L = 4kΩ , 试求该电路的 Av , Ri , Ro 。 开路， 如何变化？ 若RL开路， Av 如何变化？
一、直流分析
VCC Rb RC + Rs
1 . BJT的H参数及小信号模型
作自变量， 以i B , v CE 作自变量， v BE , i C 作因变量
v BE = f 1 ( i B , v CE ) i C = f 2 ( i B , v CE )
iC
iB
+ +
电压、电流的微变关系： 电压、电流的微变关系：
dv BE ∂v BE = ∂i B
放大电路的分析方法
1、画直流通路 、
直流分析 放大 电路 分析 交流分析
小信号模型分析法
2. BJTH参数小信号模型
• （1）从方程到模型 • 输入回路方程 vBE=hieib+hrevCE • 输出回路方程 iC=hfeib+hoevCE
b ib + vbe -
hie + hre vce e hfe ib
ic c + vce 1/hoe -
（2） 讨论
• 模型中电流源hfeib是一 受控电流源，是虚拟的， 它实质上反应了ib对ic的 控制作用； • 它是一小信号线性模型； • 不能用来求静态工作点； • 尽管在模型中没有反映 静态工作点（包括 VCC），但不能认为可 以不要； • 模型中没有考虑结电容 的影响。
b ib + vbe -
hie + hre vce e hfe ib
c
ic + vce
1/hoe -
（3）模型的简化 因hre=T=10-3~10-4，hoe=1/rce=10-5S
b ib hie c hfeib ic + vce e
c ic + rbe vce 1/hoe e
• 图rbe=hie为 共射电路输 入端，即基 极-发射极电 阻； • = hre为共 射电路放大 倍数。
+ vbe b ib + vbe -
ib
3. H参数的确定
• 通常是已知的，主 要是求rbe，而rbe又与 静态工作点有关。 • rbe =rb+（1+）re • vbe=ibrb+iere= ibrb +(1+ ）ibre • rbe = vbe/ib=rb+（1+） re,,，这是一种折算。 • rb通常为100~200， re =VT/IE=26mV/IE
放大电路的分析方法_OK
运动轨迹。 60
ICQ
iC 2
1
Q
Q’’
IB = 4 0 µA
直流负载线 20
0
0
2 t
电压放大倍数: 0
Au
ΔvO Δv
ΔvCE Δv
2
I
BE t
4. 5
VCvE6CQE
7. 5
9
0
12 vCE/V vCE/V
11
《模拟电子技术》
【例】用图解法求图示电路电压放大倍数。
RL = 3 k 。
解： 求 RL 确定交流负载线
1/RL 直线，该直线即为
O
VCEQ
交流负载线。 vCE /V
ICQRL
8
3) 动态工作情况图解分析
《模拟电子技术》
（1) 据vi的波形在输入特性曲线图上画vBE、iB的波形
iB
iB / µA
60
3条负载线
Q’
的方程？
Q
IBQ
40
iB
20
Q’’
0
2 t 0
0
0.68 0.7 0.72 vBE
VCC vBE/V
IC IB
2）求rbe
rbe
200
(1
)
26(mV ) IEQ (mA )
《模拟电子技术》
VCC
Rc
Rb
+
vs _
RL
VBB
VCC Rc IL
Rb IB
+IC
+
V_CE
VBE _
RL
VBB
34
3）画交流通路
Rb + vs _ VBB
4）放大电路的小信号模型
ICQ
iC 2
1
Q
Q’’
IB = 4 0 µA
直流负载线 20
0
0
2 t
电压放大倍数: 0
Au
ΔvO Δv
ΔvCE Δv
2
I
BE t
4. 5
VCvE6CQE
7. 5
9
0
12 vCE/V vCE/V
11
《模拟电子技术》
【例】用图解法求图示电路电压放大倍数。
RL = 3 k 。
解： 求 RL 确定交流负载线
1/RL 直线，该直线即为
O
VCEQ
交流负载线。 vCE /V
ICQRL
8
3) 动态工作情况图解分析
《模拟电子技术》
（1) 据vi的波形在输入特性曲线图上画vBE、iB的波形
iB
iB / µA
60
3条负载线
Q’
的方程？
Q
IBQ
40
iB
20
Q’’
0
2 t 0
0
0.68 0.7 0.72 vBE
VCC vBE/V
IC IB
2）求rbe
rbe
200
(1
)
26(mV ) IEQ (mA )
《模拟电子技术》
VCC
Rc
Rb
+
vs _
RL
VBB
VCC Rc IL
Rb IB
+IC
+
V_CE
VBE _
RL
VBB
34
3）画交流通路
Rb + vs _ VBB
4）放大电路的小信号模型
小信号模型分析法(微变等效电路法)
ic hoe vce
β = hfe
rce= 1/hoe
• ur很小，一般为10-3∼10-4 ， 很小，一般为10 • rce很大，约为100kΩ。故 很大，约为100kΩ 100k 一般可忽略它们的影响， 一般可忽略它们的影响， 得到简化电路 BJT的 BJT的H参数模型为
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模拟电子技术基础
2
β 一般用测试仪测出； 一般用测试仪测出；
H参数的确定 H参数的确定
rbe 与Q点有关，可用图示 点有关，
仪测出。 仪测出。 也用公式估算 rbe rbe= rb + (1+ β ) re
rb为基区电阻，约为200Ω 为基区电阻，约为200 200Ω
VT (m ) V 26(m ) V re = = IEQ(m ) IEQ(m ) A A
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模拟电子技术基础
二
建立小信号模型的思路
当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管 当放大电路的输入信号电压很小时， 小范围内的特性曲线近似地用直线来代替， 小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三 极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。 极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。
dvBE = ∂vBE ∂iB
VCE ⋅ di + B
ic ib + vbe – b e c + vce –
∂iC d iC = ∂iB
∂iC VCE ⋅ diB + ∂vCE
∂vBE ∂vCE
IB
⋅ dvCE
IB
⋅ dvCE
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模拟电子技术基础
vbe = hieib + hrevce ic = hfe ib + hoevce
模电第四讲-小信号模型分析法
end
Rb在B、E之间
第四讲 Rc和RL在C、E 之 间
ic
输
+
出
vce
信
-
输
入
信
号
共射极放大电路
交流通路
发射极接地
在
B
C
B、
＋
＋
号 在 C、 E 之 间
E
rbe
βIb
之 间
Vi Rb Ib
Rc
E
RL Vo
－
－
end
第四讲
3、求电压增益 如图可得： Vi=Ib•rbe Ic=βIb Vo=-Ic•（Rc//RL）=-βIb •（Rc//RL） 则电压增益为：
= Av •
Ri Ri+Rs
=-115.87*0.863/(0.863+0.5)
=-73.36
end
第四讲
第四节、小信号模型分析法
一、三极管小信号建模 二、用H参数小信号模型分析基本共射放大电路
end
第四讲
建立小信号模型的意义
由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的 分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做 线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。
建立小信号模型的思路
当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极 管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以 把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来 处理。
2、动态分析：rbe=200+(1+β)•26/IEQ≈200+51*26/2=863Ω Av=-(β•RL’)/rbe=-50*2/0.863=-115.87
end
第四讲
Ri=Rb//rbe=300//0.863≈0.863KΩ Ro=Rc=4KΩ
Rb在B、E之间
第四讲 Rc和RL在C、E 之 间
ic
输
+
出
vce
信
-
输
入
信
号
共射极放大电路
交流通路
发射极接地
在
B
C
B、
＋
＋
号 在 C、 E 之 间
E
rbe
βIb
之 间
Vi Rb Ib
Rc
E
RL Vo
－
－
end
第四讲
3、求电压增益 如图可得： Vi=Ib•rbe Ic=βIb Vo=-Ic•（Rc//RL）=-βIb •（Rc//RL） 则电压增益为：
= Av •
Ri Ri+Rs
=-115.87*0.863/(0.863+0.5)
=-73.36
end
第四讲
第四节、小信号模型分析法
一、三极管小信号建模 二、用H参数小信号模型分析基本共射放大电路
end
第四讲
建立小信号模型的意义
由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的 分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做 线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。
建立小信号模型的思路
当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极 管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以 把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来 处理。
2、动态分析：rbe=200+(1+β)•26/IEQ≈200+51*26/2=863Ω Av=-(β•RL’)/rbe=-50*2/0.863=-115.87
end
第四讲
Ri=Rb//rbe=300//0.863≈0.863KΩ Ro=Rc=4KΩ
小信号模型分析法
回忆BJT三极管的小信号模型BJT双口网络BJT管小信号模型4.4 小信号模型分析4.4.1 MOSFET小信号模型分析（1）模型iD Kn (vGS VT )2 Kn (VGSQ vgs VT )2 Kn[(VGSQ VT ) vgs ]2 Kn (VGSQ VT )2 2Kn (VGSQ VT )vgs Kn vg2s IDQ gm vgs Kn vg2s静态值 （直流）动态值 （交流）非线性 失真项gm 2Kn (vGS VT )当 vgs<< 2(VGSQ- VT )时， iD IDQ gmvgs IDQ id直流+交流3. 小信号模型分析 FET低频小信号模型SiO2 绝缘层(1)输入回路g、s间: iG 0, rgs= 106~109Ω， g、s开路(2)输出回路d、s间: id gmvgs 电压控制电流源rds vDS iD 1ID0时λ=0时， rds= ∞4.4.2 共源极放大电路分析例4.4.1 VDD = 5V， Rd=3.9k Rg1=60k， Rg2=40k。
VT = 1V， Kn = 0.8mA/V2，＝0.02V-1 。
计算 静态值， 小信号电压增益Av，Ri， Ro电路分析： vig极组态判断 vod极剩 s极 共用＝0.02共源极放大电路例4.4.1（1）电路的静态值（画直流通路）解：VGSQ Rg2 Rg1 Rg2 VDD 40 5V 2V 60 40+ VGS ID + VDS IDQ Kn(VGS VT )2 (0.8)(2 1)2mA 0.8mA直流通路VDSQ VDD IDRd [5 0.8 3.9]V 1.88V满足 VGS VT ,VDS (VGS VT ) ,工作在饱和区（2）放大电路动态分析 小信号等效电路：①直流电源VDD短路 — 接地； ②电容Cb1、 Cb2短路；例4.4.1 （2）放大电路动态分析gm 2Kn (VGSQ VT ) 2 0.8 (2 1)mS 1.6mSsRg2rds [Kn (vGS VT )2 ]11ID小信号等效电路IDQ Kn (VGS VT )2 1 k 62.5k 0.02 0.8Avvo vigmvgs (rds v gs// Rd ) gm (rds // Rd ) 5.87Ri Rg1 // Rg2 24k Ro rds // Rd 3.67ksRg2小信号等效电路4.4.3 带源极电阻的共源极放大电路（稳Q点）电路分析： vig极组态判断： vod极剩 s极 共用共源极放大电路sis比较分压式射极偏置电路: 稳Q点4.4.3 带源极电阻的共源极放大电路（稳Q点）1. 求 静态工作点（画直流通路）VGS VG VS[Rg2 Rg1 Rg2(VDDVSS)VSS]sis ( ID Rs VSS )ID Kn (VGS VT )2IDVDS (VDD VSS ) ID ( Rd Rs )+验证是否满足 VGS VT ,VDS (VGS VT ) 饱和区条件：VG +VGSVS VDS s直流通路（2）放大电路动态分析小信号等效电路：①直流电源VDD、VSS短路 — 接地；②电容Cb1、 Cb2短路；sis（2）放大电路动态分析rds [Kn (vGS VT )2 ]11IDgm 2Kn (VGSQ VT )Av vo vi gmvgs Rd v gs gmvgs Rssi gm Rd 1 gm RsRi Rg1 // Rg2Ro Rd＝0, rds→∞isRg2s小信号等效电路Avsvo vSvo vivi vSAvRiRi RSi。
高二物理竞赛课件小信号模型分析法
Uom- Uom+
交流放大原理
iC/mA
iB/A
iC/mA
ic
IC
Q1
iB/A
Q Q2
ib
IB
Q RL=
O
tO
O
O
uCE/V
tO
O
uCE/V
uBE/V uBE/V
UCE
uo
UBE ui
t
t
由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。
非线性失真
在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即 线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入 信号的情况，放大电路产生非线性失真。
iB
iB vCE
iB
vBE vBE
vBE vBE
hfe＝iiCB VCE ——输出端交流短路时的电流放大 系数，用β表示。
hoe＝
iC vCE
——输入端交流开路时的输出电导，用1/rce表示。
IB
iC
iC
iC
iC
iB
vCE
vCE
CE
(2) H 参数小信号模型
vbe＝hieib hrevce
该式可写为：
放大电路最大输出不失真幅度
最大输出不失真幅度
min(Uom ,Uom )
放大电路要想获得大的不失真输出 幅度，需要：
1. 工作点Q要设置在输出特性曲 线放大区的中间部位；
2. 要有合适的交流负载线。
ic/mA
4 3 2 1
交流负载线
80A
60A
Q
IB 40A
20A
0UCE2S 4 UC6E 8 10 12 uCE/V
be
模拟小信号模型分析法
建立小信号模型旳思绪
当放大电路旳输入信号电压很小时，就能够把三 极管小范围内旳特征曲线近似地用直线来替代，从而 能够把三极管这个非线性器件所构成旳电路看成线性 电路来处理。
网络有输入端和输出端两个端口，常可用电压vi、 vo及电流i1、i2来研究网络旳特征，选vi、vo及i1、i2 四个参数中旳两个作为自变量，另两个为应变量， 就可得到不同旳网络参数，如
3.4.2 共射极放大电路旳小信号模型分析
1. 利用直流通路求Q点
IB
VCC VBE Rb
IC β IB
VCE VCC IC Rc
共射极放大电路
一般对硅管取VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V，且 已知。
3.4.2 共射极放大电路旳小信号模型分析
2. 画小信号等效电路
ic + vce -
O
k2
100%
Vo1
t
O
VO1是输出电压信号基波分量
旳有效值，Vok是高次谐波分
量旳有效值，k为正整数。
频率失真（线性失真）与非线性失真旳区别
1.2.3 放大电路旳主要性能指标
思索与习题(放大电路旳主要性能指标)
思索题： 习题：
end
3.4 小信号模型分析法
3.4.0 放大电路模型
3.4.1 BJT旳小信号建模
放大电路模型
信号源
Ii
+ Vs
Rs
+ Vi
放大电路
–
–
Io
+
Vo
RL
–
负载
放大电路是一种双口网络。从端口特征来研究放大 电路，可将其等效成具有某种端口特征旳等效电路。
输入端口特征能够等效为一种输入电阻 输出端口能够根据不同情况等效成不同旳电路形式
当放大电路旳输入信号电压很小时，就能够把三 极管小范围内旳特征曲线近似地用直线来替代，从而 能够把三极管这个非线性器件所构成旳电路看成线性 电路来处理。
网络有输入端和输出端两个端口，常可用电压vi、 vo及电流i1、i2来研究网络旳特征，选vi、vo及i1、i2 四个参数中旳两个作为自变量，另两个为应变量， 就可得到不同旳网络参数，如
3.4.2 共射极放大电路旳小信号模型分析
1. 利用直流通路求Q点
IB
VCC VBE Rb
IC β IB
VCE VCC IC Rc
共射极放大电路
一般对硅管取VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V，且 已知。
3.4.2 共射极放大电路旳小信号模型分析
2. 画小信号等效电路
ic + vce -
O
k2
100%
Vo1
t
O
VO1是输出电压信号基波分量
旳有效值，Vok是高次谐波分
量旳有效值，k为正整数。
频率失真（线性失真）与非线性失真旳区别
1.2.3 放大电路旳主要性能指标
思索与习题(放大电路旳主要性能指标)
思索题： 习题：
end
3.4 小信号模型分析法
3.4.0 放大电路模型
3.4.1 BJT旳小信号建模
放大电路模型
信号源
Ii
+ Vs
Rs
+ Vi
放大电路
–
–
Io
+
Vo
RL
–
负载
放大电路是一种双口网络。从端口特征来研究放大 电路，可将其等效成具有某种端口特征旳等效电路。
输入端口特征能够等效为一种输入电阻 输出端口能够根据不同情况等效成不同旳电路形式
三极管电路的小信号模型分析方法
1.3
μA
ic ib 100 5.5sint μ A 0.55 sint mA
uce
ic
( RC
//
RL
)
0.5 5s int
2.7 2.7
3.6 3.6
V
0.8 5s int
V
例2.2.3 解续：
（5）求总量 uBE、iB、iC、uCE
uBE U BEQ ube (0.7 7.2 10 3 sint ) V
简 化
rbe
uBE iB
uCE UCEQ
ube ib
uCE UCEQ
称为三极管的共发射极输入电阻，
为动态电阻
rce
uCE iC
iB IBQ
uce ic
iB IBQ
称为三极管的共发射极输出电阻，
为动态电阻。很大。
如何获取三极管小信号模型参数？
rbe
r bb
(1 ) UT
I EQ
r bb
沟道。改变uGS可控制导电沟道的宽窄，当uGS UGS(off) 时，
沟道全夹断。
二、N 沟道耗尽型 MOSFET
1. 结构、符号与工作原理
制造时在Sio2 绝缘层中掺入正离子，故在 uGS = 0 时已形成 沟道。改变uGS可控制导电沟道的宽窄，当uGS UGS(off) 时， 沟道全夹断。
2. 理解三极管放大电路的小信号模型分析法，了解 饱和失真和截止失真现象及其原因、措施。
3. 了解三极管开关电路及其分析。
重点：
1. 直流通路、交流通路、放大电路小信号等效电路 的画法。
2. 三极管直流电路的工作点估算。
课间休息
2.3 单极型半导体三极管 及其电路分析
μA
ic ib 100 5.5sint μ A 0.55 sint mA
uce
ic
( RC
//
RL
)
0.5 5s int
2.7 2.7
3.6 3.6
V
0.8 5s int
V
例2.2.3 解续：
（5）求总量 uBE、iB、iC、uCE
uBE U BEQ ube (0.7 7.2 10 3 sint ) V
简 化
rbe
uBE iB
uCE UCEQ
ube ib
uCE UCEQ
称为三极管的共发射极输入电阻，
为动态电阻
rce
uCE iC
iB IBQ
uce ic
iB IBQ
称为三极管的共发射极输出电阻，
为动态电阻。很大。
如何获取三极管小信号模型参数？
rbe
r bb
(1 ) UT
I EQ
r bb
沟道。改变uGS可控制导电沟道的宽窄，当uGS UGS(off) 时，
沟道全夹断。
二、N 沟道耗尽型 MOSFET
1. 结构、符号与工作原理
制造时在Sio2 绝缘层中掺入正离子，故在 uGS = 0 时已形成 沟道。改变uGS可控制导电沟道的宽窄，当uGS UGS(off) 时， 沟道全夹断。
2. 理解三极管放大电路的小信号模型分析法，了解 饱和失真和截止失真现象及其原因、措施。
3. 了解三极管开关电路及其分析。
重点：
1. 直流通路、交流通路、放大电路小信号等效电路 的画法。
2. 三极管直流电路的工作点估算。
课间休息
2.3 单极型半导体三极管 及其电路分析
第六讲 小信号模型分析方法
(1)静态参数
VB − VBE IC ≈ I E = Re
IB =
IC
β
VCE = VCC − I C ( RC + Re )
增加一倍， 、 ∴ β增加一倍， IC、VCE 增加一倍 不变， 一倍。 不变， IB减小一倍。
（2）动态参数 ）
' v o − β RL Av = = vi rbe
Ri = Rb // rbe Ro ≈ RC
I CQ ≈ I EQ
VB − VBE = Re
VB
IB
IC
3.75 − 0.7 = ≈ 1.5mA 2 I CQ 1.5 = ≈ 25 µ A I BQ = β 60
VCEQ = VCC − I CQ ( RC + Re ) = 15 − 1.5( 3 + 2) = 7.5V
与例1结果完全相同 与例 结果完全相同
根据微变等效电路求动态参数
1. 电压放大倍数 Av
26mV rbe = 300Ω + (1 + β ) = 1.36 KΩ IE ' RL = RC // RL = 3 // 3 = 1.5 KΩ ' ' − β RL vo − β i b RL = Av = = rbe + (1 + β ) Re v i ib rbe + ie Re
小信号模型分析法 ： 其优点是适 小信号模型 分析法： 分析法 用于任何复杂的电路， 可方便求解 用于任何复杂的电路 ， 动态参数如放大倍数、 输入电阻、 动态参数如放大倍数 、 输入电阻 、 输出电阻等； 输出电阻等 ； 其缺点是只能用于分 析小信号， 析小信号 ， 不能用来求解静态工作 点Q。 。 实际应用中， 实际应用中 ， 常把两种分析方法 结合起来使用。 结合起来使用。
VB − VBE IC ≈ I E = Re
IB =
IC
β
VCE = VCC − I C ( RC + Re )
增加一倍， 、 ∴ β增加一倍， IC、VCE 增加一倍 不变， 一倍。 不变， IB减小一倍。
（2）动态参数 ）
' v o − β RL Av = = vi rbe
Ri = Rb // rbe Ro ≈ RC
I CQ ≈ I EQ
VB − VBE = Re
VB
IB
IC
3.75 − 0.7 = ≈ 1.5mA 2 I CQ 1.5 = ≈ 25 µ A I BQ = β 60
VCEQ = VCC − I CQ ( RC + Re ) = 15 − 1.5( 3 + 2) = 7.5V
与例1结果完全相同 与例 结果完全相同
根据微变等效电路求动态参数
1. 电压放大倍数 Av
26mV rbe = 300Ω + (1 + β ) = 1.36 KΩ IE ' RL = RC // RL = 3 // 3 = 1.5 KΩ ' ' − β RL vo − β i b RL = Av = = rbe + (1 + β ) Re v i ib rbe + ie Re
小信号模型分析法 ： 其优点是适 小信号模型 分析法： 分析法 用于任何复杂的电路， 可方便求解 用于任何复杂的电路 ， 动态参数如放大倍数、 输入电阻、 动态参数如放大倍数 、 输入电阻 、 输出电阻等； 输出电阻等 ； 其缺点是只能用于分 析小信号， 析小信号 ， 不能用来求解静态工作 点Q。 。 实际应用中， 实际应用中 ， 常把两种分析方法 结合起来使用。 结合起来使用。
基本共射极放大电路教学内容
Q点右移 Q点左移
vs Vsm sin ωt
2. 动态工作情况的图解分析
vCE VCC iC Rc
可得如下结论：
1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. vo与vi相位相反； 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数。
Q点过低——截止失真
3. 静态工作点对波形失真的影响
2. 动态
输入正弦信号vs后，电路 将处在动态工作情况。此时， BJT各极电流及电压都将在静 态值的基础上随输入信号作 三极管放大作用 相应的变化。
v 控制
s
vBE VBEQ vbe
iB I BQ ib
iC ICQ ic
Rc vCE VCEQ vce
且 vs
ib
ic
vce
分析动态参数时，使用交流通路 画交流通路原则：
1. 静态(直流工作状态) 输入信号vs＝0时，放大 电路的工作状态称为静 态或直流工作状态。
画直流通路原则：
vs 短路，is 开路
所有电容开路 所有电量大写
直流通路
电流关系：
IBQ
VBB
VB EQ Rb
ICQ βIBQ ICEO βIBQ
VCEQ=VCC－ICQRc
直流通路
IB、IC和VCE 是静态工作状态的三个量，用Q表示，称为静 态工作点Q（ IBQ，ICQ，VCEQ ）。
③hfe为电流放大系数，即
④hoe为输出电导，即 rce。
注意：
（1）ib 和 rvce 都是受控源，
只表示电流电压间的控制作用；
（2）应注意受控源的方向问题。
• H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。 • H参数与工作点有关，在放大区基本不变。 • H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。
模拟小信号模型分析法
2. 电流放大模型
由输出回路得
Io
AIS Ii Ro
Ro RL
则电流增益为
AI
Io Ii
AIS
Ro Ro RL
由此可见 RL
AI
要想减小负载的影响，则希望…？
由输入回路得
Ii
Is
Rs
Rs
Ri
要想减小对信号源的衰减，则希望…？
Ro RL 理想情况：Ro
Ri Rs 理想情况： Ri 0
建立小信号模型的意义
由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的 分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做 线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。
建立小信号模型的思路
当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三 极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而 可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性 电路来处理。
+
+
Vs
Vi
–
–
放
大 Ri 电
路
1.2.3 放大电路的主要性能指标
2. 输出电阻
放
Vo AVOVi
大
电
Vo
AVOVi
Ro
RL RL
路
所以
Ro
Vo Vo
RL
RL
另一方法
Ro
VT IT
Vs 0
Ro +
AVOVi –
+ Vs=0
–
放
Ro
+
大+
Vo
电
AVOVi
–
路–
+ Vo RL –
放大电路
IT
+ VT
模电课件 第四章 放大电路基础(2)小信号模型及三种基本电路2013
VB ≈ Rb2 VCC = 4V Rb1 + Rb2
ICQ ≈ I EQ =
VB − VBE ≈ 1.65mA R e1 + R e2
VCEQ ≈ VCC – ICQ（RC +Re1+Re2）=7.8V
2013-3-4
当前PDF文件使用【皓天PDF打印机】试用版创建
IBQ=ICQ/β=28uA
18
2013-3-4
当前PDF文件使用【皓天PDF打印机】试用版创建
电气工程学院 苏士美
¤¤
4
小信号模型分析法 Q点附近，小信号
3、H参数的确定：
∂v BE hie＝ ∂iB
= rbe
vCE
hre =
∂v BE ∂vCE
= µr
iB
hfe＝
∂iC ∂iB
=β
vCE
26 mV r 所以： be＝200 Ω + (1 + β ) I ( mA ) E
其中：rbb’=200Ω
由发射极静态 电流来计算
2013-3-4
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电气工程学院 苏士美
ÿÿ
6
小信号模型分析法
4、简化H参数等效电路：
I BQ ≈ 40 µA VCC = I CQ RC + VCEQ + I EQ Re ≈ VCEQ + I CQ ( RC + Re ) I CQ = 2mA VCEQ = 6V
2013-3-4
当前PDF文件使用【皓天PDF打印机】试用版创建
I CQ = βI BQ
电气工程学院 苏士美 9
小信号模型分析法
（2）求Q附近参数rbe：rbe = 200Ω + (1 + β ) （3）画小信号等效电路：
ICQ ≈ I EQ =
VB − VBE ≈ 1.65mA R e1 + R e2
VCEQ ≈ VCC – ICQ（RC +Re1+Re2）=7.8V
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IBQ=ICQ/β=28uA
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¤¤
4
小信号模型分析法 Q点附近，小信号
3、H参数的确定：
∂v BE hie＝ ∂iB
= rbe
vCE
hre =
∂v BE ∂vCE
= µr
iB
hfe＝
∂iC ∂iB
=β
vCE
26 mV r 所以： be＝200 Ω + (1 + β ) I ( mA ) E
其中：rbb’=200Ω
由发射极静态 电流来计算
2013-3-4
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ÿÿ
6
小信号模型分析法
4、简化H参数等效电路：
I BQ ≈ 40 µA VCC = I CQ RC + VCEQ + I EQ Re ≈ VCEQ + I CQ ( RC + Re ) I CQ = 2mA VCEQ = 6V
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I CQ = βI BQ
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小信号模型分析法
（2）求Q附近参数rbe：rbe = 200Ω + (1 + β ) （3）画小信号等效电路：
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*
(2) 画出小信号等效电路
Rs + vs +
vi
-
ic + vce -
300K
Rb + b
Rc
4K
VCC 12V c 20F + + Cb2
Cb1 Rs vs + -
vi
-
+ 20F
e
vo
-
RL
交流通路
由于输入、输出信号常为正弦信号，也可用相量来表示各电压、电流量
Rs vs + -
+ vi -
863 863 500
*
例题
在下图所示电路中，设某一参数变化时其余参数不变，在表中填入①增大 ②减小或③基本不变。
参数 变化
Rb增大 Rc增大
IBQ
VCEQ
A u
Ri
Ro
RL增大
*
例题 在NPN型管共射电路中，在信号源电压为正弦波时，测得输出波形如图
（a）、（b）、（c）所示，试说明电路分别产生了什么失真，如何消除。
图解法的优点：
1、可直观地了解放大电路的工作情况。
（由vi→vo的倒相放大作用、还可测出AV） 2、有助于理解电路参数对Q点的影响， Q点位置对vo波形的影响。 从而合理安排Q点，即选择合适的电路参数。 使Q点位于交流负载线的中央，获得最大的不失真输出波形。
缺点：
1、需作图，太繁琐； 2、无法分析电路的其它性能指标;
ic= hfeib+ hoevce
*
H参数的意义：
vbe= hieib+ hrevce ic= hfeib+ hoevce
vBE h ie iB
vBE h re vCE
VCEQ
输出端交流短路时的输入电阻，常用rbe表示； 输入端交流开路时的反向电压传输比，常 用μre表示； 输出端交流短路时的正向电流传输比或电 流放大系数，常用β表示； 1 输入端交流开路时的输出电导，常用 r ce 表示；
vbe rbeib re vce
bv 、 之间等效为一个输入电阻和一个受控电压源的串联。 等于 ib在rbe上的电压降+vce的反作用（受控电压源） bee
b rbe ＋
ib
ic
＋
c ＋
vbe
－
revce
－
ib
rce
vce
－
e e 1 ②由输出电流方程 iC = ib + rce vce iC等于ib引起的电流（受控电流源）+vce在输出电阻上引 c、e之间等效为一个输出电阻和一个受控电流源的并联。 起的电流
*
讨论： ①等效电流源 ib 是受控电流源， 表征 ib 对 ic 的控制作用，若ib = 0， ib 不存在。 其流向由 ib 决定，不能任意设定：
ib
ic
rbe
vbe urevce
ib
rce vce
若 ib 由 b→e（流向e极），则 βib 从 c →e ；
反之，若 ib 从b极流出，则βib 从 e → c ；
-VCC Rc c e Re Cb2 + RL +
vo
Rb1
I i
+
I b
b Rb2 c rbe e Re + Rc RL
V i
-
I b
V o
*
例题
放大电路如图所示。试求：（1）Q点；（2） Av
Ri 、Ro 。已知=50。
v vo 、 Avs o 、 vs vi
解：（1）
26m V rbe rbb (1 ) I E (m A)
由二极管的伏安特性可求： 见P77 (3.4.4)
rbb rbe
几十Ω~几百Ω 几百Ω~几千Ω
rD
VT 26m V I D I D (m A)
可见， rbe与β、IE有关 IE↑→ rbe↓
β↑→ rbe↑
*
2. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路
ⅱ. Ro：
Rs + Vs –
Ii + Vi – 放 大 Ri 电 路
vo Av vi
Avovi
RL RL Ro RL Avo Ro RL vi
放 大 电 路 +
Ro + AVOVi – Vo – RL
接入负载 RL 后，电压增益↓， Ro 越小，Av 与 Avo 越接近， 即 Av受负载影响越小。 ∴ Ro 是衡量放大器带 负载能力的重要指标！
vi
ib rbe
ib rbe
( Rc // RL )
rbe
（公式）
*
Av = –
( RC‖RL )
rbe
' R L = –
rbe
①vO与 vi 反相，共射放大器→反相放大器
②若放大器输出端空载，则 Av = –
RC
rbe
可见，放大电路加负载后，减小了电压增益
③ rb e与Q点有关→ Av 与Q点有关
Rs vs + -
+ vi -
Rb
Rc
RL
+
vo -
Ro 令 vS = 0
vi 0
Ro = Rc
ib 0
ib 0
*
所以
讨论：ⅰ. Ri ：当信号源有内阻RS时，实际加至放大器输入端的 输入电压为：
Ri vi vs vs （有衰减） RS Ri
Ri 越大，信号源内阻上的衰减越小。 ∴ Ri 是衡量放大器对输入信号 衰减程度的重要指标！
即： Q点不同， H参数不同！
*
（3）小信号模型的简化
ib
ic
看H参数的数量级：
H =
rbe β μre rce 1 103Ω 10-3~10-4
rbe
vbe urevce
ib
rce vce
e
=
102 10-5S
①μre =10-3~10-4 ，很小，可忽略（视为短路）。 （vCE对vBE的影响很小，vCE >1V后，入特曲线基 本重合。）
Rb
Rc
RL
+ vo -
H参数小信号等效电路
*
得到放大电路小信号 模型后，可用线性方 Rs 法分析放大电路的各 + 性能指标了 vs
+ vi
Rb
Rc
RL
+ vo -
-
-
(3) 求电压增益
根据
vi ib rbe ic ib
vO ic ( Rc // RL )
则电压增益为 A vO ic ( Rc // RL ) ib ( Rc // RL ) v
*
4.3.2小信号模型分析法
由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。 建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电 路的分析和设计。
建立小信号模型的条件
当放大电路①Q点选在线性区②输入电压信号很小时， 就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替 从而把三极管这个非线性器件线性化处理。
解：（a）饱和失真。 可以 增大Rb，减小Rc ，减小 （b）截止失真。可以 减小Rb 。 （c）同时出现饱和失真和截止失真。可以 增大VCC。 若由PNP型管组成的共射电路中，输出电压波形如图（a）、（b）、（c） 所示，则分别产生了什么失真？ 解：（a）截止失真；（b）饱和失真；（c）同时出现饱和失真和截止失真。
② 1 = 10-5S
rce
很小 ——可视为开路 。
或 rce=105Ω 很大
（ vCE >1V后， vCE的变化对ic的影响很小 -------输出特性曲线恒流特性）
*
（4）H参数值（β 、rbe）确定： H参数与Q点有关 ①β β= ⅰ.实验法 △i C △iB
i C
VCE
iC2－ iC1 = VCE iB2 － iB1
vbe rbe ib re vce ic ib 1 vce rce
I BQ
h fe
iC iB
VCEQ
iC h oe vCE
I BQ
四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。 H参数方程
*
H参数的几何意义（补充）
vBE rbe iB
VCE
vBE re IB vCE
i C
VCE
Rb1→vB1、iB1
Rb
i B
Rb2→vB2 、 iB2
Q点值
VCE >1
ⅱ.由输入特性曲线
*
ⅲ.估算法（已知β ） rbe= rbb′ + (1+ )（ re+ re′)
几
BJT内部交流 电阻示意图
rbe= rbb′ + (1+ ) re 常温下
（1+ β）re是re 折算到b极回路的等效电阻
200 (1 ) 863 26( mV ) I C ( mA )
Ro Rc 4k
AVS AV
vo ( Rc // RL ) Av 115.87 vi rbe
Ri Rb // rbe rbe 863
Ri Ri Rs
(115.87) 73.36
IB VCC VBE VCC 12V 40uA Rb Rb 300k I C β I B 50 40uA 2mA
VCE VCC I C Rc 12 2mA 4k 4V
（2） r 200 (1 ) 26( mV) be I E ( mA )